Alle Mechanismen, die im menschlichen Organismus ablaufen und seinem Heranwachsen, seiner Erhaltung sowie seinem Tätigsein dienen, verbrauchen Energie. Dies ist besonders deutlich erkennbar, z. B. beim Herzen (Antrieb der Blutpumpe), bei der Lunge (Antrieb der Atmung), bei der Skelettmuskulatur (Kraftausbildung) und bei der Leber (Entgiftungsfunktion). Auch bei geistiger Arbeit, also bei der Tätigkeit des Gehirns, wird Energie benötigt.
Energie ist daher die Voraussetzung für das Leben und seine Erhaltung.
Entscheidende Voraussetzung für die Energie und die Energieproduktion im Organismus ist der Sauerstoff. Unser Körper kann nur dann Nährstoffe (Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße) unter Mitwirkung von Vitalstoffen (Vitamine, Mineralstoffe, Spurenelemente) in Energie umwandeln, wenn genügend Sauerstoff vorhanden ist. Effektiv kann die Energieproduktion in unserem Körper also nur sein, wenn auch ein optimales Sauerstoffangebot gewährleistet ist. Wir können wochenlang ohne Essen und tagelang ohne Trinken auskommen, jedoch nur wenige Minuten ohne Sauerstoff. Unser Körper kann für Sauerstoff keine nennenswerten Vorräte anlegen oder Sauerstoff selbst herstellen, weshalb wir lebenslang auf eine kontinuierliche Sauerstoffzufuhr angewiesen sind.
Wie geschieht nun die Sauerstoffzufuhr (Sauerstoffaufnahme)?
Äußere Atmung: Unser Organismus nimmt den Sauerstoff ausschließlich aus der Umgebungsluft auf und zwar zu 99% über die Lunge und zu ca. 1% über die Haut. Die Luft, die wir einatmen, enthält etwa 21% Sauerstoff. Dabei ist es gleichgültig, ob wir uns im Wald, in den Bergen, am Meer oder in der Großstadt befinden. Neben Sauerstoff sind in der Umgebungsluft noch 78% Stickstoff, ca. 1% Edelgase, 0,03% Kohlendioxid sowie in wechselnder Zahl und Menge eine Reihe von Umweltschadstoffen vorhanden.
Für den Vorgang der Sauerstoffaufnahme in der Lunge ist der Sauerstoffdruck von wesentlicher Bedeutung. Dieser Druck, auch als Sauerstoff-Partialdruck (pO2) bezeichnet, entspricht immer dem prozentualen Sauerstoffanteil am Luftdruck. In der Umgebungsluft beträgt der pO2 also 21% vom aktuellen Luftdruck.
Welcher pO2 in der Lunge zur Verfügung steht, hängt vom Atemvolumen ab. Je größer das Atemvolumen ist, desto stärker nähert sich der pO2 in der Lunge dem pO2 in der Umgebungsluft an. Der pO2 in der Lunge ist die treibende Kraft für den Sauerstoffübertritt in das Blut. Bei diesem Übertritt von der Lunge in das Blut wird der Sauerstoff physikalisch im Blutplasma gelöst (ähnlich wie Kohlendioxid im Mineralwasser) und lagert sich dann an dem roten Blutfarbstoff (Hämoglobin) an. Diese Anlage von Sauerstoff an Hämoglobin wird als Sauerstoff-Sättigung bezeichnet.
Sauerstoff-Transport: Der Sauerstofftransport wird im Organismus durch das Blut (Transportmittel) und das Herz-Kreislauf-System (Transportsystem) realisiert. Das Blut verfügt über 2 Transportformen für Sauerstoff: physikalisch gelöst und chemisch gebunden. Obwohl die physikalische Lösung Voraussetzung für die chemische Bindung von Sauerstoff an das Hämoglobin in den roten Blutzellen ist, wird die Transportkapazität des Blutes für Sauerstoff deutlich vom chemisch am Hämoglobin gebundenen Sauerstoff bestimmt. Der mengenmäßige Anteil des physikalisch gelösten Sauerstoffs an der Transportkapazität ist zwar unter normalen Bedingungen gering, lässt sich aber durch Erhöhung des pO2 steigern. Das in den Lungenkapillaren mit Sauerstoff angereicherte Blut wird dem linken Herzen zugeführt und über arterielle Gefäße in die Körperperipherie gepumpt. Über feinste Gefäßaufzweigungen erfolgt dann die Sauerstoff-Verteilung an die Zellen. Um das Kapillarnetz passieren zu können, müssen insbesondere die roten Blutzellen (Erythrozyten) elastisch und verformbar sein. Nicht jedes Organ erhält die gleiche Blut- und damit Sauerstoffmenge, auch hat nicht jede Zelle einen direkten Kapillaranschluß. Nach erfolgtem Sauerstoff- und Gasaustausch wird das Blut im Bereich der Kapillarausgänge gesammelt und über das venöse Gefäßsystem dem rechten Herzen zugeleitet und von dort zur erneuten Sauerstoffanreicherung in die Lunge gepumpt, von wo der Kreislauf wiederum seinen Ausgangspunkt nimmt. Treten Störungen der kapillaren Zirkulation ein, kann u. a. Sauerstoffmangel die Folge sein.
Innere Atmung (Sauerstoff-Verwertung): Ausgangspunkt für die Sauerstoffverwertung und damit Ort der eigentlichen Energieproduktion ist die Zelle im Gewebeverbund des jeweiligen Organs. Für den Sauerstoffübertritt aus den Kapillaren in die Zellen ist der pO2 des Kapillarblutes die treibende Kraft. Die energieliefernden Reaktionen finden dabei in bestimmten Zellorganen, den Mitochondrien („Zellkraftwerke“) statt. Diese zelluläre Energieproduktion und letztenendes das Sauerstoff- und damit das Energiepotential hängen von vielen Faktoren und Einflüssen ab (Aufnahme von Nähr- und Vitalstoffen, Radikalfängersystem), worauf jetzt hier in diesem Zusammenhang nicht weiter eingegangen wird.
Das momentan vorhandene Sauerstoffpotential des Körpers wird durch den Sauerstoff-Status des arteriellen Blutes ausgedrückt (Kenngröße ist der pO2). Dieser Wert kann relativ einfach und verlässlich gemessen werden. Der Sauerstoff-Partialdruck (pO2) ist also eine Kenngröße für die jeweilige Sauerstoff-Aufnahme.